DIELECTRIC RESPONSE ANALYZER

Medidas de doble canal rápidas de los aislamientos de HV de papel

con aceite en los transformadores de potencia, bornas, cables y

generadores con una evaluación posterior de la humedad

D IRANA

Fact

or d

e di

sipa

ción

Frecuencia / Hz

Nuevo, seco

Moderado

Muy antiguo, húmedo

Curvas de aislamiento de HVrvas de aislamiento de HVrv

2

Agua en los transformadores de potencia

Mantenimiento rentableLos transformadores de potencia representan la etapa más cara entre la generación y el uso de la energía. Debido a las presiones por reducir costes del mercado de energía liberalizado, el enfoque de las tareas de mantenimiento ha variado y ha pasado de estar basado en el tiempo a basarse en el estado. En esta situación, es preciso disponer de herramientas de diagnóstico fiables. DIRANA le ayudará a establecer las prioridades de mantenimiento en toda su flota de transformadores.

¿Por qué es necesario determinar el nivel de humedad?La entrada de agua en aislamientos de papel con aceite puede tener tres efectos peligrosos: disminuye la resistencia dieléctrica, acelera el deterioro de la celulosa (despolimerización) y causa la emisión de burbujas de gas a altas temperaturas.

Por lo tanto, es necesario saber con precisión cuál es la concentración real de humedad, a fin de decidir si es preciso llevar a cabo alguna medida correctiva como, por ejemplo, el secado in situ.

Contaminación por humedadLa humedad entra en los transformadores desde la atmósfera (pérdida de estanqueidad) y durante la instalación y reparación. Asimismo, el envejecimiento del aislamiento del papel con aceite aumenta el nivel de humedad. Por consiguiente, incluso en el caso de un transformador no permeable, el nivel de humedad puede llegar a un nivel peligroso.

¿Dónde está el agua? DIRANA analiza el contenido de humedad del aislamiento de papel o cartón prensado. El resultado de la prueba es una cantidad independiente que se puede comparar con otras técnicas de análisis de la humedad. Por lo general, la parte sólida de las estructuras de aislamiento, como por ejemplo el cartón prensado, el papel y la madera, contiene la mayor parte del agua, en una concentración que puede ser unas 200 veces superior a la del aceite. Por lo tanto, se puede decir que la concentración de humedad en el aislamiento sólido es mucho más importante que en el aceite.

Permeabilidad

Juntas con filtraciones

Instalación, reparación

Agua del proceso de envejecimiento

3

Agua en los transformadores de potencia

Beneficios:

• Un conocimiento preciso del contenido de agua, de importancia

vital para evaluar la situación de aislamiento de los transformadores

de potencia

• Datos cuantitativos fiables a partir de los cuales se puede desarrollar

un programa preciso basado en el estado

• Evaluación de la humedad basada en normas internacionales

Cont

enid

o de

hum

edad

/ %

Saturación de humedad / %

1

3

5

0 10 20 30

2

4

Moderadamente húmedo

Húmedo> 30 %

extremadamente húmedo

21 °C

80 °C

Contaminación por h

umedad

Seco

2,2

6

Permeabilidad

Juntas con filtraciones

Instalación, reparación

Agua del proceso de envejecimiento

¿Cómo evaluar los resultados de la humedad?La norma IEC 60422 considera que las saturaciones de humedad que superan el 6 % son “moderadamente húmedas”, lo que equivale a un contenido de humedad de aproximadamente el 2,2%. En este nivel, las moléculas de agua empiezan a activarse, lo que da como resultado una humedad peligrosa para el equipo que se está probando. Debido a ello, es preciso corregir la situación y, por ejemplo, ejecutar un proceso de secado. En el gráfico siguiente se muestra la relación dependiente de la temperatura entre el contenido en humedad y la saturación de humedad para permitir convertir de una medida a otra. El contenido de humedad relaciona la masa del agua con la masa del material, mientras que la saturación de humedad relaciona la masa del agua con la masa máxima de agua que un material puede adsorber.

4

Mediciones dieléctricas

¿Por qué efectuar mediciones de la respuesta dieléctrica?Se puede obtener información valiosa acerca del estado de un aislamiento de alto voltaje midiendo su respuesta dieléctrica. Esta herramienta puede ser especialmente útil para medir la concentración de humedad en los sistemas de aislamiento de papel con aceite. Mientras que en una medición normal de la frecuencia de la potencia los resultados son limitados, la exposición del mismo aislamiento a una amplia banda de frecuencias y la medición de su reacción a éstas da como resultado una mayor comprensión del estado. Si su capacidad de aislamiento se ha deteriorado, se verá claramente en los resultados.

Propiedades físicas reveladas por la respuesta dieléctricaLos efectos de polarización y las pérdidas dieléctricas resultan afectados por las diversas propiedades del material dieléctrico en las diferentes frecuencias. Entre dichas propiedades figuran:• El contenido en humedad• La contaminación• Residuos del envejecimiento• Efectos de la temperatura

Aplicaciones• Análisis de la humedad en los aislamientos de

papel con aceite• Capacitancia y factor de disipación de los

transformadores de potencia• Mediciones del factor de disipación y detección

del envejecimiento de las bornas, incluso a temperatura ambiente

• Cables aislados por masa de papel impregnado• Generadores y motores

Detección de la corriente

Fuente de tensión

Devanado de AT

Devanado de BT

Protector

Medición de la respuesta dieléctrica con DIRANA

5

Mediciones dieléctricas

Beneficios:• La amplia gama de frecuencias proporciona un alto grado de

precisión que nunca antes había sido posible en el pasado• Se pueden tomar mediciones precisas en todos los niveles

de temperatura y sin tener que esperar a que los sistemas de aislamiento alcancen un equilibrio de humedad

• Se pueden evaluar diversos sistemas de aislamiento• La técnica de protección especial de DIRANA proporciona una

protección contra interferencias en las mediciones• Los dos canales de entrada reducen significativamente el tiempo de

prueba

Pasos de la mediciónUna medición de respuesta dieléctrica consiste en una medición de tres terminales que incluye:

• la tensión de salida, la corriente detectada y el protector.

La técnica de protección de DIRANA garantiza mediciones libres de interferencias, incluso en ubicaciones donde los aislamientos o bornas están sucios.

En el caso de un transformador de dos devanados que se ha desconectado de la red:• conecte la salida de tensión al devanado AT.• conecte la entrada de la corriente detectada al devanado BT. • conecte el protector al depósito.

A diferencia del método de equilibrio convencional, la medición se puede realizar inmediatamente. No existen requisitos como dejar que el transformador se enfríe o esperar a que se alcance un equilibrio de humedad entre el papel y el aceite.

Dos canales = ahorro del 50 % del tiempoDIRANA de OMICRON está equipado con dos canales de entrada. El hecho mismo de utilizar dos canales, permite obtener un importante ahorro de tiempo. Por ejemplo, en el caso de un transformador de tres devanados, la tensión de salida se puede aplicar al devanado MV, mientras que los canales de entrada están conectados a los devanados HV y LV. El resultado es un ahorro del 50% del tiempo.

Detección de la corriente

Fuente de tensión

Devanado de AT

Devanado de BT

Protector

Conexión de DIRANA a una borna

6

¿Por qué efectuar mediciones dieléctricas para determinar la humedad?El método de toma de muestras de aceite tradicional en el que se usa un diagrama de equilibrio para evaluar la humedad de los transformadores es un método inexacto. Además de la incertidumbre que conlleva la toma de muestras y la medición del agua en el aceite, la degradación del aceite y del papel hace que la aplicación de gráficos de equilibrio convencionales sea muy imprecisa. Esto, junto con las constantes de tiempo muy largas en el caso de los procesos de equilibrio, da como resultado una baja precisión. Por el contrario, el método de respuesta dieléctrica constituye un método muy fiable con un alto grado de precisión a la hora de evaluar el contenido de humedad en el aislamiento sólido.

¿Cómo funciona?DIRANA obtiene la cantidad de humedad del papel o cartón prensado a partir de propiedades tales como la corriente de polarización, la capacitancia compleja y el factor de disipación. La humedad tiene un fuerte impacto sobre todas estas propiedades.

Método de interpretaciónEl factor de disipación representado contra la frecuencia muestra una curva típica en forma de S. Con el aumento de la humedad, la temperatura o elenvejecimiento, la curva se desplaza a frecuencias más elevadas. La humedad influye sobre las áreas de alta y baja frecuencia. La parte central de la curva con el elevado gradiente refleja la conductividad del aceite. Las condiciones geométricas del aislamien-to determinan la “sobreelevación” hacia el lado izquierdo del elevado gradiente.

La determinación de la humedad de DIRANA se basa en una comparación de la respuesta dieléctrica de los transformadores con la respuesta dieléctrica de un modelo. Un algoritmo de ajuste reordena la respuesta dieléctrica del modelo e indica el conte-nido de humedad junto con la conductividad del aceite. Sólo es necesario introducir la temperatura del aceite.

Evaluación de la humedad

Fact

or d

e di

sipa

ción

Frecuencia

Humedad y envejecimiento de la celulosa

Conductividad del aceiteGeometría del aislamiento

baja

alta

baja

alta

baja

alta

0,001

0,01

0,1

1

0,001 Hz 1 Hz 1000 Hz

7

Beneficios:• Esquema de interpretación demostrado científicamente• Análisis automático del contenido en humedad y de la

conductividad del aceite• Compensación de la temperatura, la geometría del aislamiento y la

conductividad del aceite• Los residuos del envejecimiento se tienen en cuenta para obtener

resultados fiables con los transformadores antiguos

Software fácil de utilizar y eficiente

Las funciones de software combinan un cono-cimiento experto integrado con una interfaz de usuario intuitiva. Las pruebas predefinidas para todos los tipos de transformadores facilitan el funcionamiento y guían al usuario a la hora de efectuar las mediciones.

Resultados fiables incluso con los transformadores antiguosDIRANA compensa las influencias distor-sionadoras de los residuos conductivos del envejecimiento como, por ejemplo, los ácidos. Estas substancias incrementan las pérdidas dieléctricas del mismo modo que el agua y, por consiguiente, pueden llevar a sobrestimar el contenido en agua. El software de DIRANA utiliza un algoritmo de compensación que pro-porciona resultados fiables incluso en el caso de los transformadores antiguos.

CHT

CLT CHL

CT CL CH

A

A

V

Output

CH1

CH2

8

Nuestro instrumento innovador

DIRANA de OMICRON determina las propiedades dieléctricas de los materiales de aislamiento en una amplia banda de frecuencias. Según el factor de disipación y la capacitancia, el sistema analiza el contenido de humedad, en concreto en los transformadores de potencia aislados mediante papel con aceite. DIRANA también brinda buenos resultados con otros aislamientos de alta tensión.

Métodos de dominio de tiempo y frecuencia combinadosDIRANA combina el método de medida de la corriente de polarización (PDC) en el dominio de tiempo con la espectroscopia de dominio de frecuencia (FDS) y de este modo reduce significativamente el tiempo de prueba en comparación con las demás técnicas. Básicamente, las mediciones de dominio de tiempo se efectúan en muy poco tiempo, pero están limitadas a las bajas frecuencias. Por el contrario, las mediciones de dominio de frecuencia se pueden aplicar a las altas frecuencias, aunque requieren mucho tiempo para las bajas frecuencias.

La técnica patentada de DIRANA combina las ventajas de ambos principios. Adquiere datos en el dominio de frecuencia, desde 5 kHz hasta 0,1 Hz y en el dominio de tiempo, desde 0,1 Hz hasta 100 µHz. Así se reduce la duración de la medición en un 75 %, en comparación con las mediciones en sólo el dominio de la frecuencia.

Por ejemplo, una adquisición de datos para una medición de dominio de frecuencia de 1 kHz a 0,1 mHz duraría, normalmente, 11 horas, mientras que DIRANA obtendrá estos mismos datos en menos de 3 horas. DIRANA transforma las corrientes del dominio de tiempo al dominio de frecuencia para su posterior evaluación.

Duración de la pruebaRango de frecuencia

PDCFDS Dirana

Transformación

Fact

or d

e di

sipa

ción

Frecuencia

Corr

ient

e

Tiempo

Fact

or d

e di

sipa

ción

Frecuencia

9

El conocimiento experto integrado determina la humedadEl software fácil de utilizar determina el contenido de humedad en el aislamiento sólido. La humedad disminuye la fuerza de la resistencia dieléctrica, acelera el envejecimiento del papel y produce burbujas a altas temperaturas. Por ello es imprescindible que el operario del transformador sepa cuál es la concentración de humedad.DIRANA analiza la respuesta dieléctrica y determina la humedad del aislamiento sólido. El algoritmo automático compensa las influencias distorsionadoras tales como la temperatura, la geometría del aislamiento, la conductividad del aceite y los residuos del envejecimiento. Estos residuos conductivos producen las mismas lecturas que el agua y producen una sobrestimación del contenido de humedad que lleva a un secado innecesario. DIRANA compensa esta influencia, por lo que detecta con fiabilidad la humedad, incluso en los transformadores antiguos.

Beneficios:

• Amplia gama de frecuencias• Prueba no intrusiva de aislamientos de HV: transformadores, bornas,

cables y generadores • Medición rápida gracias al método de combinación de dominio de

frecuencia y de tiempo• Determinación de la humedad en los transformadores de potencia

sin abrirlos• Evaluación fiable de la humedad también en transformadores

antiguos

Nuestro instrumento innovador

Aged Moderate New

Freq/Hz0.00100 0.01000 0.10000 1.00000 10.00000

Tan δ

0.005

0.010

0.020

0.050

0.100

0.200

0.500

1.000

2.000

Transformación

Fact

or d

e di

sipa

ción

Frecuencia

Corr

ient

e

Tiempo

Fact

or d

e di

sipa

ción

Frecuencia

10

Datos técnicosFuente de tensión

Tensión de mediciónCorriente de salida continua máxima

± 200 Vpico50 mApico

Medición de la corriente de dominio de tiempo (PDC)

Rango, resoluciónResistencia de entradaPrecisión

± 20 mA, 0,1 pA10 kΩ0,5 % ± 1 pA

Espectroscopia de dominio de frecuencia (FDS)

Tensión de mediciónCorriente de medición

± 200 Vpico± 50 mApico

Factor de disipación, capacitancia

Intervalo del factor de disipación, resoluciónPrecisión para 1 mHz < f < 100 Hzf < 1 mHz y f > 100 HzCapacitanciaPrecisión

0…10, 10-5

1 % + 3 × 10-4

2 % + 5 × 10-4

10 pF … 10 µF0,5 % + 1 pF

Intervalos para mediciones FDS y PDC combinadas

Frecuencia 0,1 mHz … 5 kHz

Modos de prueba

UST, GST, GSTg

Datos mecánicos

Dimensiones (an × al × p)´´Peso

26 × 5 ×26,5 cm< 2,3 kg (instrumento)16 kg maletín completo

Requisitos del PC

Sistema operativoCPU / RAMInterfaz / Unidades

Windows XP, Windows VistaPentium 1 GHz / 512 MBUSB 2.0 / unidad de CD-ROM

Entorno

Temperatura ambiente de funcionamientoTemperatura ambiente de almacenamientoHumedad relativapresión del aire (almacenamiento/funcionamiento)

-10…+55 °C -10…+65 °C20…95%, sin condensación70…106 kPa

Calibración

Calibración opcional cada dos años

La solución “todo en uno”

11

DIRANA se entrega en una maleta muy resistente que contiene todos los accesorios necesarios tales como cables de conexión con abrazaderas, tambores, etc.

Información de pedido ID Descripción detallada

VE000670 Juego completo de DIRANAVEHZ0607: Accesorios de DIRANAVEHP0072: Maleta de transporte de DIRANA

La solución “todo en uno”

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1 800-OMICRONFax: +1 713 830-4661

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Asia, Pacífico

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Última actualización en abril de 2008

OMICRON es una empresa internacional que ofrece soluciones innovadoras en la realización de pruebas en sistemas de alimentación. OMICRON opera en más de 120 países, tiene sedes en Europa, Norteamérica y Asia, cuenta con una red mundial de distribuidores y se ha ganado una reputación como proveedor de tecnología punta de gran calidad.

Las funcionalidades de pruebas primarias y secundarias automatizadas de OMICRON son extremadamente beneficiosas teniendo en cuenta las condiciones cambiantes del mercado, que obligan a las organizaciones a reestructurarse y a “conseguir más con menos”. Los servicios del área de consultoría, puesta en servicio, pruebas y formación completan la gama de productos.

Su especialización y liderazgo visionario permiten a OMICRON continuar realizando desarrollos revolucionarios para conseguir que sus soluciones satisfagan las necesidades del cliente del siglo XXI.